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在Java中ArrayList是如何工作的_Java动态数组原理解析

千萱大大_1299

千萱大大_1299

发布时间:2026-01-27 10:47:02

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来源于php中文网

原创

ArrayList默认容量10是懒加载的,构造时不分配空间,首次add才扩容;扩容约1.5倍并数组拷贝,remove(index)为O(n),线程不安全。

在java中arraylist是如何工作的_java动态数组原理解析

底层用的是数组,但不是“一创建就分配10个空间”

很多人以为 new ArrayList() 一执行,内存里就立刻划出10个 Object 槽位——这是错的。真实情况是:无参构造器只把 elementData 指向一个共享的空数组 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,此时容量为 0,size 也为 0。

真正分配默认 10 个空间,发生在第一次调用 add() 时:ensureCapacityInternal() 检测到当前数组是空的,就把最小需要容量设为 Math.max(10, minCapacity)(即至少 10),然后触发扩容。

  • 所以“默认容量10”是**懒加载的**,不是构造即分配
  • 如果你明确知道要存 1000 个元素,直接用 new ArrayList(1000),能省掉 5~6 次扩容复制
  • 扩容不是翻倍,而是 oldCapacity + (oldCapacity >> 1) → 约 1.5 倍(Java 7+)

扩容本质是数组拷贝,Arrays.copyOf() 是性能关键点

每次扩容都要新建数组、再把老数组所有元素逐个复制过去。这个过程由 grow() 方法完成,核心就是这行:

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

Arrays.copyOf() 底层调用的是 System.arraycopy(),属于 JVM 内建的高效内存拷贝,但仍是 O(n) 操作。频繁扩容会明显拖慢批量添加性能。

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  • 插入第 11 个元素时:从容量 10 → 15,拷贝 10 个对象
  • 插入第 1001 个元素时:若初始容量仍为 10,已发生约 8 次扩容,累计拷贝超 3000 次引用
  • 用 ensureCapacity(int minCapacity) 预留空间,可完全避免中间扩容

get() 和 set() 是 O(1),但 remove(int index) 是 O(n)

因为底层是连续数组,get(int index) 直接算内存偏移,快得没商量;set() 同理,只是覆盖引用。

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但 remove(int index) 不同:删掉中间某个元素后,它后面所有元素都得往前挪一位。JVM 会用 System.arraycopy() 把 [index+1, size) 这段整体左移。

  • 删末尾(remove(size-1))最快:不移动任何元素
  • 删开头(remove(0))最慢:移动 size-1 个引用
  • 如果要批量删多个元素,别反复调 remove(),改用迭代器 remove() 或先记下索引再倒序删

线程不安全不是“警告”,是真会静默出错

ArrayList 没有任何同步机制,modCount 字段仅用于快速失败(fail-fast)检测,不是锁。

两个线程同时 add(),可能触发以下任一结果:

  • 一个线程的元素被另一个覆盖(elementData[i] = e 竞态)
  • 扩容时两个线程都判断需扩容,各自新建数组并复制,最终只有一个生效,另一个丢失全部数据
  • size++ 不是原子操作,可能导致 size 少加,后续 get() 越界或漏读

别信“我只读不写就没事”——即使全是 get(),如果另一线程正在扩容并重置 elementData,你可能拿到 null 引用或旧数组残留垃圾值。

真要并发写,用 CopyOnWriteArrayList(适合读多写少)或外层加 synchronized 块,而不是自己手写双重检查。

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